王秀芹,張平平，楊亞賓

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州　253015)

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山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)地熱資源與開發(fā)利用區(qū)劃

王秀芹,張平平，楊亞賓

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州253015)

為了適應山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)多產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求，通過區(qū)內(nèi)地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查、抽水試驗、地熱地質(zhì)鉆探等資料及以往地熱地質(zhì)研究成果，對山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)地熱地質(zhì)條件進行了分析總結(jié)，將其分為層狀、帶狀熱儲類型進行了地熱資源量計算，從地熱資源勘察、開發(fā)、利用條件和地熱資源開發(fā)前景方面入手，結(jié)合區(qū)內(nèi)交通、經(jīng)濟發(fā)展等社會環(huán)境，對半島藍色經(jīng)濟區(qū)地熱資源進行開發(fā)利用區(qū)劃，提出了地熱資源開發(fā)利用方案及保護措施。

地熱；資源評價；資源區(qū)劃；山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)

引文格式：王秀芹,張平平，楊亞賓.山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)地熱資源與開發(fā)利用區(qū)劃[J].山東國土資源，2015，31(7)：40-44.WANG Xiuqin, ZHANG Pinging, YANG Yabin.Geothermal Resources and Development and Utilization of Regionalization of Shandong Peninsula Blue Economic Zone [J].Shandong Land and Resources,2015，31(7)：40-44.

地熱作為一種新型礦產(chǎn)資源有著巨大的經(jīng)濟開發(fā)潛力,我國地熱資源豐富，分布廣泛，尤其在一些中新生代沉積盆地中蘊藏著儲量相當可觀的中低溫地下熱水資源[1-2]。隨著山東半島多個產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展的新階段，山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)的建設在傳統(tǒng)能源、礦產(chǎn)資源和土地資源需求的基礎上，對水資源、可再生能源的需求將急劇增加。地熱資源的研究和開發(fā)利用為合理利用該區(qū)地熱資源提供依據(jù)，為山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)的建設提供資源保障具有重要意義。

1　研究區(qū)地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1地熱開發(fā)利用情況

山東省地熱資源開發(fā)歷史悠久，特別是藍色半島經(jīng)濟區(qū)，濱州市和東營市及濰坊北部為該區(qū)的層狀熱儲區(qū)，熱水資源豐富，是開發(fā)潛力最大的地區(qū), 帶狀熱儲區(qū)位于濰坊南部及沂沭斷裂帶以東地區(qū)，以山東半島為主體。目前，區(qū)內(nèi)共建有地熱井250余眼，主要分布在各市(縣)的城區(qū)，溫泉分布區(qū)等。層狀熱儲區(qū)地熱開發(fā)單位多為房地產(chǎn)商，服務于開發(fā)的居住小區(qū)，現(xiàn)以供暖、洗浴為主，個別開發(fā)單位設有地熱游泳池；溫泉出露地區(qū)多以供暖、洗浴、療養(yǎng)、度假、養(yǎng)殖為主，偶有灌溉、繅絲等其他利用方式，地熱水開采量2336.49×104m3/a，其中供暖為1892.05×104m3/a、洗浴療養(yǎng)為273.57×104m3/a，養(yǎng)殖為154.81×104m3/a，其他利用方式為16.06×104m3/a(表1)。

表1　山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.2存在問題

近年來，地熱資源的開發(fā)給人們帶來更多經(jīng)濟效益的同時，也造成了嚴重的資源浪費、熱污染等情況，隨著地熱資源開采量的增大，局部地區(qū)出現(xiàn)地熱水水位持續(xù)下降,甚至引起了地面沉降，另外，由于開采井結(jié)構(gòu)的不合理或遭到破壞，致使常溫地下水含水層進入熱儲層，使部分地熱田局部水溫出現(xiàn)下降的情況。由于地熱水資源冬季供暖期的大量開采，直接排放，還造成了熱污染和一定的水土污染，使原本補給緩慢的地熱資源在城區(qū)范圍出現(xiàn)水位漏斗，照此長期開采，必將導致資源的枯竭和環(huán)境的污染。

2　區(qū)域地質(zhì)條件

2.1構(gòu)造

區(qū)內(nèi)基底構(gòu)造復雜，以一系列褶皺為主，遭受了強烈的區(qū)域變質(zhì)作用和混合巖化作用，斷裂構(gòu)造極為發(fā)育。蓋層構(gòu)造形式較簡單，以單斜為主。工作區(qū)在構(gòu)造單元上隸屬華北陸塊(Ⅰ級)和蘇魯造山帶(Ⅰ級)部分地區(qū)，包括華北拗陷區(qū)Ⅰ(Ⅱ級)的濟陽拗陷區(qū)Ⅰa(Ⅲ級)、魯中隆起Ⅱ(Ⅱ級)的魯中隆起區(qū)IIa(Ⅲ級)和沂沭斷裂帶Ⅱc(Ⅲ級)、魯東隆起Ⅲ(Ⅱ級)的膠北隆起區(qū)Ⅲa(Ⅲ級)及膠萊拗陷區(qū)Ⅲb(Ⅲ級)西部、膠南-威海隆起IV(Ⅱ級)的膠萊拗陷區(qū)IVb(Ⅲ級) 東部、威海隆起區(qū)IVa(Ⅲ級)、膠南隆起區(qū)IVc(Ⅲ級)

2.2地層

地層的發(fā)育與分布受地質(zhì)構(gòu)造條件的控制。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較齊全，除缺失奧陶系上統(tǒng)、志留系、泥盆系等地層外，其他均有出露。總的特點是，濟陽拗陷區(qū)新生界普遍發(fā)育，上覆巨厚第四系，區(qū)內(nèi)魯東低山丘陵地區(qū)以膠東巖群、粉子山群、蓬萊群為結(jié)晶基底，缺失古生界為特點。

魯西北拗陷區(qū)：工作區(qū)為華北拗陷區(qū)的一部分，主要為濟陽拗陷區(qū)，地表皆為第四系覆蓋，新近系普遍發(fā)育，古近系在基底凸起區(qū)缺失，在基底凹陷區(qū)發(fā)育較齊全。其中新生代新近系在區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，自下而上分為館陶組、明化鎮(zhèn)組，總厚度800～2000m。東營組和館陶組是層狀熱儲的主要分布地層，地熱資源豐富。

魯中隆起及沂沭斷裂帶：該區(qū)是山東省地層發(fā)育相對最為齊全的，中太古代麻粒巖相的沂水(巖)群和新太古代低角閃巖相的泰山(巖)群呈島狀分布于魯中隆起區(qū)。新元古代青白口紀—震旦紀主要分布于昌樂、莒縣等地，厚度300～1000m不等。寒武系—奧陶系凹陷區(qū)多以埋藏狀態(tài)廣泛分布，厚度較大，一般500～1500m不等；凸起區(qū)多以低山丘陵狀或出露狀態(tài)廣泛分布，厚度變化較大。該區(qū)石炭—二疊系呈隱伏狀態(tài)分布于區(qū)內(nèi)凹陷及部分凸起區(qū)兩側(cè)，總厚度約800～1000m。侏羅系—白堊系為斷陷盆地沉積，分布零星厚度變化較大，一般100～3000m不等。古近紀為官莊群與五圖群，五圖群主要分布在昌樂縣五圖、小樓、北巖、北鄌郚和臨朐縣牛山、羅家樹以及安丘市李家埠一帶，總體為一套含煤、油頁巖的碎屑沉積。新近紀為臨朐群、巴漏河組和白彥組。第四系巖性以粉質(zhì)粘土、粘土為主，厚度0～450m不等，自西向東逐漸變薄。

魯東隆起區(qū)：魯東隆起區(qū)地層特點是前寒武紀地層及中生代—新生代地層發(fā)育，目前尚未發(fā)現(xiàn)古生代地層，僅在中生代萊陽群中發(fā)現(xiàn)大量中生代灰?guī)r礫石。

2.3地熱地質(zhì)條件

魯西北拗陷地熱區(qū)(Ⅰ)：該區(qū)主要熱儲有：新近紀館陶組熱儲、古近紀東營組熱儲、古近紀沙河街組熱儲、寒武-奧陶紀碳酸鹽巖巖溶-裂隙熱儲。其中館陶組和東營組為該區(qū)主要開采熱儲層。新近紀館陶組熱儲，分布廣泛，底板埋深一般為1000～1700m，最深可達2300m。取水段在1000～1500m深度內(nèi)，單井出水量為900～2880m3/d，井口水溫為45～65℃，水化學類型以Cl-Na型為主，礦化度4～20g/L；古近紀東營組熱儲，分布在東營、惠民、沾化、車鎮(zhèn)等下降沉降中心內(nèi)，底板埋深為1200～2000m，單井出水量為30～100m3/h，井口水溫為50～70℃，地熱水化學類型主要為Cl-Ca，Cl-Na型，礦化度為20g/L左右；古近紀沙河街組熱儲，分布在沾化、東營及利津等凹陷區(qū)，中部底板埋深一般為1200～2900m，單井出水量小于30m3/h，井口水溫為65～90℃；奧陶-寒武紀熱儲，零散分布于寧津凸起、義和莊凸起、青坨凸起、廣饒凸起等地區(qū)，取水段在1000～2000m的深度內(nèi)，單井出水量為50～1000m3/d，最高可達3000m3/d以上，井口水溫為60～100℃，地熱水化學類型主要為Cl-Na型，礦化度8.09～15.29g/L之間。地熱水動態(tài)不受氣象因素影響，人工開采是主要影響因素。

魯中隆起及沂沭斷裂帶地熱區(qū)(Ⅱ，Ⅲ)：熱儲埋深150～400m，厚度在150～250m之間，巖性以早寒武紀變質(zhì)花崗巖、寒武紀大理巖及結(jié)晶灰?guī)r、中生代火成巖、砂頁巖為主，地熱水水溫48～74℃，單井涌水量500～1000m3/d，熱水水化學類型為復雜，主要為Cl-Na型、HCO3·Cl-Na·Ca型，礦化度1.66～5.58g/L，pH值7.5～8.15之間；地熱水動態(tài)受大氣降水及人工開采控制。

魯東隆起地熱區(qū)(Ⅳ)：以溫泉形式出露于2組斷裂交匯處或不同巖體接觸帶。熱儲厚度50～380m，巖性主要為中生代花崗質(zhì)巖石及早寒武紀變質(zhì)石英質(zhì)類巖石，主要靠裂隙和破碎帶導水。水溫47～89℃，單井涌水量240～1440m3/d；礦化度0.76～16.68g/L，pH值7.0～7.5；地熱水動態(tài)受大氣降水及人工開采控制。

3　地熱資源評價

3.1地熱資源量評價方法

該次地熱資源的豐富程度從地熱資源量與可采地熱資源量2個方面進行評價[3]。

3.1.1地熱資源量

采用熱儲法計算，公式形式為：

Q2=ASH

式中：Q—熱儲中存儲的熱量(J)；Qr—巖石中存儲的熱量(J)；QL—熱儲中存儲的水量(m3)；Q1—截至計算時刻，熱儲孔隙中熱水的靜儲量(m3)；Q2—水位降低到目前取水能力極限深度時熱儲所釋放的水量(m3)；QW—水中熱儲的熱量(J)；A—計算區(qū)面積(m2)；d—熱儲厚度(m)；ρC，ρw—分別為巖石和水的密度(kg/m3)；CC，Cw—分別為巖石和水的比熱容(kJ/kg·℃)；tr—熱儲平均溫度(℃)；t0—基準溫度(其值取當?shù)囟嗄昶骄鶜鉁?(℃)；C—巖石和水的平均體積比熱容(kJ/m3·℃)；φ—巖石的平均孔隙度(%)；S—彈性釋水系數(shù)，無量綱；H—計算起始點以上高度(m)

3.1.2可利用地熱資源量

可利用地熱資源量采用回收率法進行計算，計算公式如下：

式中：Qwh—可利用地熱資源量(kJ)；RE—回收率。

回收率根據(jù)工作區(qū)的實際情況，參考《地熱資源評價方法》DZ40-85關(guān)于回收率的有關(guān)的規(guī)定確定。

3.2地熱水資源量

3.2.1地熱水儲量

層狀熱儲區(qū)計算公式為：

式中：d砂，d粘—熱儲砂巖段厚度、弱透水層段厚度(m)；μ砂，μ粘—熱儲砂巖段給水度、弱透水層段給水度。

帶狀熱儲區(qū)計算公式：

式中：V—熱儲層體積(m3)；Φ—巖石的孔隙度，無量綱，根據(jù)經(jīng)驗值取0.25。

3.2.2地熱水可采資源量

層狀熱儲可采資源量計算公式為：

式中：Q可采—地熱水可采資源量(m3)；P—限定的水位降(m)。

帶狀熱儲可采資源量計算公式為：

式中：Q允—允許開采量，m3/d;K—滲透系數(shù)，m/d;m—熱儲厚度，m;sw—水位降深，m;R—抽水井影響半徑，m;r—抽水井半徑，m。

3.3評價結(jié)果

地熱資源的計算以地熱資源分區(qū)為基礎，根據(jù)構(gòu)造特征對各地熱區(qū)進行分區(qū)計算。其中層狀熱儲區(qū)即魯西北拗陷地熱區(qū)，對明化鎮(zhèn)組下段熱儲、館陶組熱儲、東營組熱儲及寒武—奧陶系熱儲分別根據(jù)其地熱地質(zhì)條件進一步進行次一級計算單元的劃分；魯中隆起及沂沭斷裂帶地熱區(qū)根據(jù)寒武-奧陶紀熱儲分布特征及厚度進行計算亞區(qū)劃分，帶狀熱儲區(qū)即魯東隆起地熱區(qū)則以溫泉出露區(qū)小型地熱田分別計算。

經(jīng)計算區(qū)內(nèi)地熱資源量為1.43×1021J，折合標準煤487.928億t；可利用地熱資源量為1.33×1020J，折合標準煤45.38億t；地熱水靜儲量為2.13×1012m3，蘊含熱量為3.13×1017J；地熱水可采資源量為1.703×109m3/a(表2)。

4　地熱資源開發(fā)利用區(qū)劃

4.1區(qū)劃原則

為了防止盲目無序隨意開采造成的資源枯竭和環(huán)境地質(zhì)問題的發(fā)生，按以下原則對地熱資源進行保護：①合理開發(fā)與有效保護原則；②地熱資源開發(fā)與城市發(fā)展相適應的原則； ③環(huán)境保護與效益優(yōu)先的原則；④統(tǒng)一規(guī)劃與科學利用的原則。

表2　山東藍色半島經(jīng)濟區(qū)地熱資源

4.2區(qū)劃類型

在已知地熱資源儲量、開發(fā)利用現(xiàn)狀的基礎上，從地熱資源勘察、開發(fā)、利用條件和地熱資源開發(fā)前景方面入手，結(jié)合區(qū)內(nèi)交通、經(jīng)濟發(fā)展等社會環(huán)境，對半島藍色經(jīng)濟區(qū)地熱資源進行開發(fā)利用區(qū)劃，將其分為:①分層、分散開采——供暖-洗浴、療養(yǎng)-度假、種植-養(yǎng)殖開發(fā)模式區(qū)；②分散開采——供暖-洗浴、療養(yǎng)、養(yǎng)殖-種植開發(fā)模式區(qū)；③集中開采——洗浴、療養(yǎng)-度假、養(yǎng)殖-種植開發(fā)模式區(qū)；④ 回灌開采——洗浴、度假-療養(yǎng)、養(yǎng)殖-種植模式區(qū)(圖1)。

1—分層分散開采(供暖-洗浴、療養(yǎng)-度假、種植-養(yǎng)殖)開發(fā)模式區(qū)；2—分散開采(供暖-洗浴、療養(yǎng)、種植-養(yǎng)殖)開發(fā)模式區(qū)；3—集中開采(洗浴、療養(yǎng)-度假、養(yǎng)殖-種植)開發(fā)模式區(qū)；4—回灌開采(洗浴、療養(yǎng)-度假、養(yǎng)殖-種植)開發(fā)模式區(qū)；5—工作區(qū)邊界；6—開發(fā)利用區(qū)劃界限圖1　地熱資源開發(fā)利用區(qū)劃圖

4.3分區(qū)結(jié)果

(1)分層、分散開采：供暖-洗浴、療養(yǎng)-度假、種植-養(yǎng)殖開發(fā)模式區(qū)。 該模式適用于工作區(qū)的魯西北平原區(qū)。區(qū)內(nèi)館陶組熱儲廣泛分布，且水量豐富，為目前主要開采層。在3000m深度范圍內(nèi)除館陶組熱儲外，在東營、惠民、沾化、車鎮(zhèn)、德州、臨清等下降沉降中心內(nèi)，東營組熱儲分布也較廣；在埕寧隆起、濟陽拗陷的義和莊凸起、陳家莊凸起、埕東凸起、青坨子凸起、濱縣凸起、廣饒凸起、壽光凸起及臨清拗陷的故城-武城凸起、館陶凸起、高唐-堂邑凸起區(qū)等區(qū)域還分布有奧陶-寒武紀碳酸鹽巖溶-裂隙熱儲。

(2)分散開采：供暖-洗浴、療養(yǎng)、養(yǎng)殖-種植開發(fā)模式區(qū)。 主要適用于工作區(qū)濰坊西部地區(qū)，在3000m深度范圍內(nèi)，熱儲主要為奧陶-寒武紀灰?guī)r，為層狀兼帶狀熱儲，水量較豐富。但由于熱儲層較深，目前技術(shù)條件下，有一定勘查開發(fā)風險。目前區(qū)內(nèi)僅在昌樂城區(qū)、臨朐城區(qū)、濰坊的坊子區(qū)及安丘輝渠鎮(zhèn)存在地熱井，開發(fā)利用程度低。

(3)集中開采：洗浴、療養(yǎng)-度假、養(yǎng)殖-種植開發(fā)模式。 適用于魯東地熱區(qū)的膠萊坳陷、膠南隆起。區(qū)內(nèi)地熱田分布范圍小，地熱水開采量較小，但地熱資源有一定再生能力，熱儲埋藏較淺，開采成本較低。目前主要存在濫開濫采、缺乏統(tǒng)一管理、超量開采、資源浪費等問題。

(4)回灌開采：洗浴、度假-療養(yǎng)、養(yǎng)殖-種植模式區(qū)。 主要適用于魯東地熱區(qū)的膠北隆起，是山東省較早開發(fā)利用地熱資源的地區(qū)。地熱田規(guī)模較小，熱水允許開采量較少。目前個別地熱田處于超量開采狀態(tài)，地熱田內(nèi)部分地熱井的大量開采而出現(xiàn)了水量減少、水位下降、水溫降低、水質(zhì)變化現(xiàn)象，長期超量開采將導致地熱資源枯竭，地熱水位下降過大、過快，在沿海地段還容易產(chǎn)生咸水入侵等環(huán)境地質(zhì)問題。

5　開發(fā)利用保護方案及建議

(1) 為合理利用地熱資源，獲得更好的經(jīng)濟效益和社會效益，需合理有序開發(fā)，提高地熱資源的利用率[4]。

(2) 綜合地熱開采量受地熱水補、徑、排條件、地質(zhì)環(huán)境承載能力，嚴格實行保護性限量開采，要合理井距，控制最佳開采量。

(3)地熱資源梯級利用，積極推進地熱節(jié)能、節(jié)約地熱水的管理，降低地熱資源量的實際消耗。

(4)成立專門地熱開發(fā)企業(yè)(集團)組織，對地熱資源進行統(tǒng)一開發(fā)和管理，鋪設地熱尾水專用排放管道，以地熱尾水為水源組織生產(chǎn)性地熱回灌，消除熱污染、水土環(huán)境污染，減弱地面沉降[5]。

6　結(jié)語

(1)地熱資源集熱能與水資源為一體，由于其溫度適宜且富含多種對人體有益的礦物質(zhì)，在采暖、洗浴、工業(yè)、醫(yī)療、養(yǎng)殖等領(lǐng)域有廣泛的應用價值[6]。

(2)區(qū)內(nèi)主要為層狀熱儲和帶狀熱儲，層狀熱儲主要開采層位于3000m深度范圍內(nèi)新近紀館陶組熱儲、古近紀東營組熱儲，開發(fā)潛力較大；帶狀熱儲是地熱溫泉出露較密集的地區(qū)，主要靠裂隙和破碎帶導水。

(3)半島藍色經(jīng)濟區(qū)地熱資源豐富，為全省溫泉最多的地區(qū)[7]，區(qū)內(nèi)地熱水中富含有偏硅酸、偏硼酸等多種對人體健康有益的微量元素，具有較高的理療保健價值。

(4)將該區(qū)分為：①分層、分散開采——供暖-洗浴、療養(yǎng)-度假、種植-養(yǎng)殖開發(fā)模式區(qū)；②分散開采——供暖-洗浴、療養(yǎng)、養(yǎng)殖-種植開發(fā)模式區(qū)；③集中開采——洗浴、療養(yǎng)-度假、養(yǎng)殖-種植開發(fā)模式區(qū)；④回灌開采——洗浴、度假-療養(yǎng)、養(yǎng)殖-種植模式區(qū)。

[1]湯杰，王彥俊，郝寶國，等.濱州市城區(qū)地熱地質(zhì)條件與開發(fā)利用前景[J].山東國土資源，2007,23(6-7):29-32.

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Geothermal Resources and Development and Utilization of Regionalization of Shandong Peninsula Blue Economic Zone

WANG Xiuqin, ZHANG Pinging, YANG Yabin

(Lubei Geo-engineering Exploration institute, Shandong Dezhou 253015, China)

In order to meet the the needs of rapid development of industry in Shandong peninsula blue economic zone. Through present condition of development and utilization, pumping test, geothermal and geological drilling data and previous research of geothermal resources, geothermal and geological conditions in Shandong peninsula blue economic zone have been analyzed and summarized. It can be divided into layered, banded thermal storage type geothermal resources calculation. From the conditions of exploration, development and utilization of geothermal resources and geothermal resources development prospects, combining with local traffic, economic development and social environment, geothermal exploitation and utilization of geothermal resources in the peninsula blue economic zone have been divided, and geothermal resources development and utilization plan and protection measures have been put forward.

Geothermal; resource evaluation; resources division; Shandong peninsula blue economic zone

2014-10-10；

2014-11-25；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

王秀芹(1974—)，女，山東齊河人，工程師，主要從事水工環(huán)及地熱地質(zhì)工作；E-mail:wxqyx6688@163.com

P618.31

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